Проектирование основных элементов электрооборудования городского электрического транспорта

На рис. 5.4.4 показано согласование ступеней пускового реостата для случая, когда используют при пуске оба направления поворота вала реостатного контроллера. При этом первые секции реостата на параллельном соединении двигателей образуют последние пусковые ступени на последовательном соединении двигателей. Например, секция в образует две последние ступени на последовательном соединении двигателей, каждая из которых имеет сопротивление, равное половине сопротивления секции в, отнесенной к одному двигателю. При этом колебания тока на последних позициях последовательного соединения могут оказаться больше допустимых. Тогда проводят корректировку сопротивления секции в так, чтобы на последовательном соединении колебания тока находились в допустимых пределах. Иногда вводят дополнительную ступень г. Ее характеристика показана штрихпунктирной линией.

Наоборот, на первых позициях последовательного соединения получают весьма малые колебания тока. Поэтому на последних позициях параллельного соединения делают ступени сопротивления несколько больше выбранных по предварительному расчету, если это допустимо по условиям коммутации и сцеплению. Тогда колебания тока на соответствующих позициях последовательного соединения увеличиваются.

Рис. 5.4.4 Согласование ступеней пускового реостата при перегруппировке мостом

На пусковой диаграмме параллельного соединения сплошными линиями показано изменение тока в первом, а штриховой линией -- во втором двигателях (рис. 5.4.4). Очевидно, что колебания общего тока и силы тяги уменьшаются по сравнению с колебаниями их при одновременном включении контакторов.

Обычно часть сопротивлений первой стадии пуска используют только при последовательном соединении. Их соединяют в отдельную, включаемую в цепь контактора С.

Если пусковые сопротивления используют и при реостатном торможении, то ступени сопротивления нужно подобрать так, чтобы получить удовлетворительные не только пусковые, но и тормозные характеристики.

Пример 1.1

Выбрать схему пусковых реостатов и построить пусковые характеристики для троллейбуса с ТЭД смешанного возбуждения, хотя она также успешно может быть применена и для ТЭД последовательного возбуждения. Масса троллейбуса при нормальной нагрузке = 16,5 т; масса тары = 9,8 т; удельное сопротивление движению за период пуска = 120 Н/т; коэффициент инерции вращающихся масс при нормальной нагрузке = 1.12; среднее установившееся ускорение = 1,5 м/с2; коэффициент = 0,1; сопротивление = 0,153 Ом.

Решение: по (5.3.4) определяют

Таблица 5.4.1

По характеристике при полном поле ток ; по формуле (5.3.5)

; .

По полученным и определяют

; .

Далее строят предварительную пусковую диаграмму (см. п. 5.4). На рис. 5.4.5, б она показана штриховой линией. Для определения сопротивления первой позиции принимают начальное ускорение :

По характеристике при частично ослабленном поле и . Затем для первой стадии пуска выбирают ещё три ступени так, чтобы при были одинаковые толчки тока . При этом Из графического расчёта получают следующие предварительные величины сопротивлений .

Здесь индекс указывает номер позиции, а штрих - предварительное значение сопротивления.

Примем верньерную схему пусковых сопротивлений на рис. 5.4.5, а. Порядок замыкания контакторов в этой схеме показан в табл. 5.4.2.

Подбор секций сопротивлений удобно начать с 6-й позиции, для которой выбирают сопротивление . На 7-й позиции, параллельно сопротивлению включают сопротивление

:

откуда

Сопротивление 1-й позиции вместо по предварительному расчёту, а при и вместо 120 А, т.е. несколько меньше, чем допустимо. Поэтому выбираем 0,84 Ом и . На 8-й позиции параллельно включают :

.

Таблица 5.4.2

Сопротивление 2-й позиции вместо 2,997 Ом, а при ток вместо 120 + 55 = 175 А. Этот результат неудовлетворительный, так как будет большой толчок тока при переходе с 1-й на 2-ю позицию вместо 69 А, принятых при пуске. Поэтому примем , тогда

.

Это допустимо, так как толчок при переходе с 7-й на 8-ю позицию будет меньше заданного. Сопротивление секции

.

Рис. 5.4.5 Пример построения пусковых характеристик для веръерной схемы

На диаграмме строим характеристику 8-й позиции при выбранном = 0,674 Ом и 9-й позиции так, чтобы толчок тока при переходе с 8-й на 9-ю позицию не превосходил , т. е. одновременно с 8-й позицией корректируют следующую 9-ю и, вероятно, все последующие позиции. Находим, что при этом = 0,5 Ом;

1,1*0,5/(1,1 - 0,5) = 0,912 Ом; = 2,012 Ом, а при ток = 550/(2,012 + 0,153) = 254 А.

Толчок тока при переходе со 2-й на 3-ю позицию = 254 - 183 = 71 А, что близко к принятому значению = 69 А. Сопротивление секции

= 1,747 - 0,912 = 0,835 Ом.

Аналогично строят характеристику 10-й, а затем 11-й позиций так, чтобы не превосходить , и находят = 0,35 Ом:

= 1,1*0,35/(1,1 - 0,35) = 0,517 Ом; = 1,1 +0,517= 1,617 Ом и при ток = 306 А.

Толчок тока при переходе с 3-й на 4-ю позицию = 306 - 254 = 52 А. Сопротивление секции

= 0,912 - 0,517 = 0,395 Ом; = 0,22 Ом; = 0,275 Ом; = 1,1 + 0,275= 1,375 Ом и при ток = 364 А; = 364 - 306 = 58 А.

Сопротивление секции

0,517 - 0,275 = 0,242 Ом; а секции = 3,56 - (1,813 + 0,835 + 0,395 + 0,242) =0,27 Ом.

Выбирают сопротивление для 12-й позиции так, чтобы превышение было несколько больше при переходе с 12-й на 13-ю позицию, чем при переходе с 11-й на 12-ю позицию. Принимаем = 0,l Ом; ), откуда

) = 0,27*0,1/(0,27 - 0,1) = 0,159 Ом.

Сопротивление секции

= 1,1 - 0,159 = 0,941 Ом.

Для выбранных сопротивлений на рис. 5.4.5,6 сплошными линиями построены пусковые характеристики.

Сопоставление выбранных и определенных по предварительной пусковой диаграмме сопротивлений следующее:

Позиции....... 1 2 3 4 5 6

Сопротивления предварительные, Ом . . . - 4,427 2,997 2,237 1,777 1,4 1,1

Сопротивления выбранные, Ом ... . . . 4,66 2,847 2,012 1,617 1,375 1,1

Позиции....... 7 8 9 10 11 12 13

Сопротивления предварительные, Ом .... 0,84 0,64 0,46 0,32 0,185 0,08 0

Сопротивления выбранные, Ом ... . . . 0,84 0,674 0,5 0,35 0,22 0,10 0

Оно показывает, что в процессе подбора и согласования большинство сопротивлений изменяется. При подборе сопротивлений параллельно с расчетом приходится строить пусковые характеристики. Иногда значительному изменению подвергается первоначальный вариант схемы реостатов. В примере 1.1 в основу положена схема с добавлением контактора 7. Иногда добавляется несколько контакторов.

Раздел 6 Выбор параметров входного фильтра

При выборе основных параметров входного фильтра в качестве Lф считают достаточной индуктивность реакторов помехоподавления, которые имеют около 3 мГн.

При выборе конденсатора Сф должны быть известны пусковой и тормозной токи.

При отсутствии данных для предварительного расчёта принимают в режиме установившегося значения пускового и тормозного токов

в начале пуска:

где - отношение собственной частоты входного фильтра к частоте регулирования f.

1. Определяем Сф большую по :

2. По формуле определяем максимальные пульсации напряжения:

,

где I - максимальный ток (А);

f - частота генерирования (Гц);

Сф - ёмкость конденсатора (мкФ).

Рабочее напряжение конденсатора выбирают по условиям:

Раздел 7 Выбор электрических аппаратов

Основы теории и элементы конструкции тяговых электрических аппаратов.

Общая характеристика электрических аппаратов.

Классификация тяговых электрических аппаратов. Тяговые электрические аппараты принято классифицировать по назначению и конструкции основных элементов. Исходя из основного назначения аппараты или части аппаратов подразделяют на коммутационные, соединительные и потребляющие.

Коммутационными называются аппараты, предназначенные для замыкания и размыкания цепей тока. Коммутационные аппараты могут быть разрывающими, если они осуществляют замыкания и размыкания цепи при любых величинах тока, допускаемых для данной цепи (контакторы, автоматические выключатели и пр.), и разъединяющими, если они осуществляют замыкания и размыкания цепи при отсутствии или незначительных величинах тока в ней (рубильники, разъединители, отключатели тяговых электродвигателей, штепсельные междувагонные соединения и пр.).

Соединительными называются аппараты или элементы, осуществляющие разъемное соединение электрических цепей при помощи зажимных устройств -- винтов, болтов, шпилек (коннекторы тяговых электродвигателей, зажимные устройства и кабельные наконечники для присоединения проводов к зажимам аппаратов).

Потребляющими электрическую энергию называются аппараты, не несущие коммутационных или соединительных функций, а лишь превращающие электрическую энергию в другой вид энергии (электрические печи; пускотормозные реостаты, регулировочные и ограничительные резисторы; электропневматические вентили; электромагнитные тормоза и пр.).

Электрические аппараты в большинстве случаев имеют следующие конструктивные элементы: проводники -- части цепи тока, обеспечивающие соединение отдельных частей шш деталей аппаратов друг с другом; катушки детали аппаратов, создающие магнитный поток; контакты -- детали или конструктивные узлы аппаратов, обеспечивающие замыкание или размыкание электрических цепей; дугогасительные устройства -- элементы аппаратов, осуществляющие локализацию и гашение электрической дуги, возникающей между контактами при их размыкании; приводы -- части или конструктивные узлы аппаратов, осуществляющие рабочее перемещение подвижных деталей, т. е. срабатывание аппаратов; оболочки, кожухи или ящики, в которые заключают аппараты.

Наиболее сложными и ответственными тяговыми электроаппаратами являются коммутационные, классифицируемые обычно по конструкции основных элементов, видам применяемых контактов, устройству дугогашеиия, роду привода и видам оболочек.

По устройству дугогашения коммутационные аппараты различают: с дугогасительнымн камерами различных форм; с роговым дугогашением; с дугогасительпыми, или денонными решетками, со щелевыми керамическими камерами; с применением твердых газогенерирующих веществ и др.

По роду привода, а также источника его питания различают аппараты с непосредственным ручным пли ножным приводом пли с дистанционным электромагнитным, пневматическим, электродвигательным или гидравлическим приводом.

Основные технические требования, предъявляемые к тяговым электроаппаратам. Тяговые электроаппараты должны надежно работать при температуре окружающего воздуха от --50 до +40° С и высоте над уровнем моря не более 1200 м.

Конструкции движущихся механизмов аппаратов и крепления неподвижных массивных деталей и узлов необходимо рассчитывать на переменную весовую нагрузку в условиях вертикальных колебаний с частотой 3 Гц при амплитуде до 6 мм и с частотой до 0,5 Гц при амплитуде до 25 мм. Все крепежные винты, болты и гайки должны быть предохранены от самоотвертывания. Для обеспечения нормальной работы аппаратов при воздействии атмосферных осадков, выпадании росы или появлении инея, а также при повышенной относительной влажности воздуха (до 80%) поверхности деталей из черных металлов должны иметь антикоррозионное покрытие. Изоляционные поверхности должны иметь размеры и структуру, обеспечивающие возможность работы в увлажненном состоянии.

В целях предохранения от воздействия атмосферных осадков, песка и пыли аппараты, установленные вне закрытого кузова и имеющие подвижные части (за исключением токоприемников и крышевых разъединителей), необходимо снабжать оболочками, обеспечивающими брызго- и пыленепроницаемость. Это требование не относится к аппаратам, не имеющим подвижных частей. Однако изоляция их токоведущих частей должна быть приспособлена для работы в условиях воздействия атмосферных осадков, песка и пыли.

Номинальные U„ и максимальные Um: напряжения, на которые рассчитываются характеристики тяговых аппаратов, питающихся от контактной сети, должны соответствовать напряжению данной сети. В качестве номинальных напряжений аппаратов, а также вспомогательных цепей, питающихся от источника, независимого от напряжения контактной сети, рекомендуется 24, 50, 75 и 110 В.

Электрические аппараты, действующие от катушек напряжения, при отсутствии специальных технических условий должны срабатывать (температура нагрева катушек до 80° С) при напряжении 0,7 Uu в случае питания катушек от контактной сети и 0,8 Uu при питании катушек от аккумуляторной батареи или от генератора с регулятором напряжения. Превышение температуры Тmax частей тяговых электроаппаратов над окружающей средой при номинальном токе продолжительного режима работы не должно превосходить допустимых величин).

Номинальная отключающая способность аппаратов, предназначенных для размыкания цепи под током, характеризуется предельным поминальным и критическим значениями отключаемого тока при определенных параметрах отключаемой цени: электромагнитной постоянной времени цени и номинальном напряжении между зажимами главной цепи аппарата.

Максимальная отключающая способность тех же аппаратов характеризуется предельным значением отключаемого тока (при максимальном напряжении и определенной электромагнитной постоянной времени цепи) и условиями, при которых смонтированы аппараты.

Если применяется несколько последовательно включенных аппаратов, то номинальное напряжение аппарата может возрасти пропорционально числу разрывов, если приняты меры для выравнивания напряжения между аппаратами. При отсутствии оговорок в технических условиях значение критического отключаемого тока принимается равным 0,1 I но не более 50 I, а значение индуктивности -- равным 10 МГн. Напряжение, возникающее при отключении предельного, номинального и критического токов, не должно превосходить величину амплитудного значения испытательного напряжения данного аппарата.

Аппараты должны выдержать три отключения предельного отключаемого тока с интервалами 2 мин и определенное количество отключений номинального отключаемого -тока: автоматические выключатели -- 60, остальные аппараты -- 180 отключений.

При практическом исполнении аппаратов допускаются отклонения от номинальных данных. Для уставок автоматических регуляторов напряжения и реле допускаются следующие отклонения: регуляторы напряжения автоматические ±3%; все реле тока ±5%;' реле напряжения без механической защелки ±5%; реле напряжения с механической защелкой ±7,5%; интервал времени с момента появления режима, определяющего срабатывание аппарата, и до момента срабатывания для электромагнитных реле с заданной выдержкой времени не более ±20%.

Отклонения величин сопротивлений при температуре 20°С от расчетных значений допускаются в пределах: для комплекта резисторов из сплавов высокого омического сопротивления ±10%; для нерегулируемых резисторов, стабилизирующих ток или напряжение, и сопротивлений для шунтирования обмоток возбуждения двигателем ±5% независимо от количества элементов, составляющих комплект.

Электрические аппараты с пневматическим приводом рассчитывают на номинальное давление сжатого воздуха 0,5 МПа и должны выдерживать без повреждений давление сжатого воздуха, равное 1,5 номинального, а также сохранять работоспособность при изменениях давления от 0,75 до 1,35 номинального и при температуре окружающей среды от --50 до +40° С.

Тяговые электрические аппараты или их узлы, предназначенные для работы при номинальном напряжении, должны выдерживать без пробоя или поверхностного перекрытия в течение одной минуты переменное испытательное напряжение ( частотой 110 Гц).

Таблица 7.1

Таблица 7.2

Примечание: Напряжение цепи управления 24 В

Таблица 7.3

Примечание: Контроллер управления включён в цепь управления напряжением 24 В, электромагнитная муфта в силовую цепь 600В

Список литературы

Баталов Н.М., Петров Б.П. «Тяговые электрические аппараты» Энергия 1969г.

Бирзниекс Л.В. «Импульсные преобразователи постоянного тока» Энергия 1974г.

Ефремов И.С. «Троллейбусы» Высшая школа 1969г.

Ефремов И.С., Косарев Г.В. «Электрическое оборудование и автоматизация подвижного состава городского транспорта» Стройиздат 1965г.

Коган Л.Я., Корякина Е.Е., Белостоцкий И.А. «Устройство и эксплуатация троллейбуса» Высшая школа 1975г.

Косарев Г.В., Коськин О.А. «Особенности расчёта пусковых характеристик тиристорного преобразователя с общим узлом коммутации регулятора напряжения и поля тяговых электродвигателей» 1975г.

Коськин О.А. «Исследование тиристорной системы управления для троллейбуса» 1969г.

Размещено на Allbest.ur